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     炭素繊維による窒素除去

    生物学的窒素除去法

      水質汚染原因物質の窒素を汚水中から除去する方法に、生物学的窒素除去法があります。公共下水処理設備や工業排水処理設備、畜産排水処理設備等は、一般的に活性汚泥法により行われ、活性汚泥処理槽にて曝気され好気性菌の働きにより有機物は分解されます。しかし、アンモニア態窒素NH4−Nは、曝気により活性化する硝化細菌により亜硝酸NO2-Nから硝酸NO3-Nと生物酸化しますが、曝気槽内へ蓄積されるため窒素Nは除去されず、全窒素TNとして存在し続けます。硝酸NO3-Nを、窒素N2へと分解するには、後工程において嫌気槽を設け、嫌気性菌である脱窒菌の働きにより硝酸NO3-Nから窒素N2へと分解を図らなければなりません。しかし、多くの既存設備や小規模設備では、新たに嫌気槽を設け生物学的窒素除去を行うには、大きな財政的負担が必要で物理的にも困難です。
    活性汚泥処理における窒素酸化物の蓄積

      硝酸NO3-Nから窒素N2に分解するには、生物学的窒素除去を曝気槽内にて行うことが有効です。活性汚泥処理槽において、嫌気状態を創り出し脱窒菌を活性化させれば、アンモニア態窒素NH4→亜硝酸NO2→硝酸NO3→窒素N2+H2Oという反応が速やかに行われ、窒素N2は大気中に拡散することから、汚水中から窒素は除去されます。さらに、窒素酸化物が蓄積されないため、強烈な温室効果ガス一酸化二窒素N2Oの発生が抑制されます。
    生物学的窒素除去の原理
    ★ミラカーボンによる窒素除去
     炭素繊維水質浄化材は、炭素繊維の大きな表面積に付着する微生物の働きにより、有機物や窒素・リンなどの栄養塩類を分解除去します。炭素繊維を水中に入れるとフワッと広がり炭素繊維塊ができ、表面には好気条件にて硝化細菌が、内部には嫌気条件となり脱窒菌が付着します。そのため、アンモニア態窒素は表面の硝化細菌にて硝化され硝酸になり、内部の脱窒菌により硝酸から窒素と水に分解され、窒素は大気中に拡散します。炭素繊維生物膜内に、好気条件の硝化菌と、嫌気条件の脱窒菌が存在することにより、窒素分解反応が速やかに行われます。
     同様に、河川や湖沼の水質浄化に、炭素繊維水質浄化材を用いることにより、水中のアンモニア態窒素や硝酸などの窒素除去が速やかに行われ、高い窒素除去効果が得られます。 さらに、温室効果ガスである一酸化二窒素の発生が抑制されます。
    炭素繊維に固着する好気性及び嫌気性微生物
    活性汚泥中の窒素酸化物(NO3)の蓄積

    炭素繊維による窒素成分の分解除去
    活性汚泥法と炭素繊維法による窒素削減量の比較

    活性汚泥法と炭素繊維法による温室効果ガス発生量



    出典)Mitigation of nitrous oxide (N2O) emission from swine wastewater treatment in an aerobic bioreactor packed with carbon fibers, Takahiro YAMASHITA, Ryoko YAMAMOTO-IKEMOTO, Hiroshi YOKOYAMA, Hirofumi KAWAHARA, Akifumi OGINO, Takashi OSADA, Animal Science Journal, In Press, 2015

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